12CrMoV耐热刚焊接施工中存在的问题与防止1
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12CrMoV耐热刚焊接施工中存在的问题分析与防止在大型化工装置建设中,都有高温蒸汽管道施工。12CrMoV材质的耐热钢
由于钢材中含有的Cr、Mo和V等合金元素的作用,提高了钢材的热强性和持久塑性,因而输送高温蒸汽的管道大多采用该材质的耐热钢。,同时,也是由于加入的Cr、Mo和V等合金元素,使钢材的焊接性下降,焊接时容易产生焊接缺陷,需要采取措施来防止焊接缺陷裂纹。
金属焊接性可用碳当量和冷裂纹敏感系数来间接评价。
1.碳当量
影响金属焊接性的主要因素是化学成分。钢的化学成分不同,其焊接性也不同。钢中的碳和合金元素对焊接性都会有影响,但其影响程度不同。在钢的主要元素中,碳的影响最明显。在粗略估计碳钢和低合金钢的焊接性时,可以把钢中的合金元素(包括碳的含量)按其对焊接性影响程度换算成碳的相
当含量,其总和叫碳当量C E
。
其计算公式为:C E=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)
式中化学元素符号都表示该元素在钢材中的含量。经验表明,当碳当量
C E<0.4%时,钢材焊接的冷裂纹倾向不大,焊接性良好,焊接时一般不需要预
热;C E=0.4~0.6时,钢材焊接的冷裂纹倾向明显,焊接性较差,焊接时一般需要预热和采取其它工艺措施来防止焊接裂纹;C E>0.6%时,钢材焊接时冷裂纹倾向严重,需要采取较高的预热温度和其它严格的工艺措施。
2.冷裂纹敏感系数
碳当量只考虑了钢材化学成分对焊接性的影响,而没有考虑钢材厚度、焊缝金属扩散氢含量等重要因素的影响。通过实验得出的钢材焊接时冷裂纹敏感
系数P C计算公式为:
=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B+h/600+H/60(%)式中:h—钢材厚度(mm),H—焊缝金属中扩散氢含量(cm3/100g)
P C公式的适用范围如下:
C 0.07~0.22%,,Si 0~0.60%,Mn 0.40~1.40%,Cu 0~0.50%,
Ni 0~1.20%,Cr 0~1.20%,Mo 0~0.70%,V 0~0.20%,B 0~0.005%,Nb 0~0.04%,Ti 0~0.05%,h 19~50mm,H 1.0~5.0cm3/100g
通过实验得出的防止裂纹所要求的最低预热温度Tp的计算公式为:
Tp=1440P C—392(℃)
12CrMoV耐热钢的化学成分如下表(百分含量):
经计算:按合金元素最大百分含量计算所得的碳当量C Emax=0.52, 按合金元素平均百分含量计算所得的碳当量C E=0.413>0.4
按合金元素最大百分含量、钢材厚度为30mm、焊缝金属中扩散氢含量为5cm3/100g计算所得的冷裂纹敏感系数P Cmax=0.397
则Tp=1440x0.397—392=184℃,即防止冷裂纹所要求的预热温度必需高于184℃
由此可见12CrMoV耐热钢的焊接性差, 焊接时需要预热。焊接过程中易于产生的缺陷是焊接冷裂纹。
1.冷裂纹主要有氢裂纹和淬硬裂纹。
由冷裂纹敏感系数计算公式可知,在选定的钢材中(化学成分和厚度已确
定),冷裂纹敏感系数与焊缝金属中的扩散氢含量成线形关系。因此,必需严格控制氢在焊缝中的扩散。氢的主要来源有:
1.焊条药皮内的有机物和矿物成分结晶水。
2.接头表面的潮气、油脂、漆垢和锈斑等。
3.大气中的潮气
这些氢源受电弧热分离成H原子并溶解在熔池内,在冷却过程中溶解氢向焊缝金属及其附近的母材扩散,使塑性下降,与焊接应力的作用相结合,成为裂纹产生的原因。
为了防止这种裂纹,可采取了如下措施:
1.采用氩气保护焊打底,手工电弧焊盖面,隔绝焊缝金属与大气的接触。2.焊材选用:焊条选用低氢性焊条R317,焊丝选用T1G-R13
焊条烘干温度为350~400℃,干时间为2小时。烘干不仅要注意烘干温度和烘干时间,还要注意焊条堆放的厚度。
烘烤温度过低或烘烤时间不足,焊条含水量就过多,焊接时的氢扩散量也增加,容易引起氢致延迟裂纹。烘烤温度过高,焊条质量将会下降,就会影响焊缝性能。如果焊条堆放得过厚,即使按规定温度和时间烘烤,但内层焊条的水份未必能逸走,这些焊条在焊接中就会使氢扩散量增加,引起氢致裂纹。焊条堆放的层数以不超过三层为最好。
由上图可以看出,焊条的烘干温度提高,氢扩散量下降,因此,必须对焊条严格按照规定进行烘烤。
焊条烘干后的存放时间对氢致裂纹有很大的影响。由上面曲线可知:焊条药皮在烘干后暴露在空气中的前两个小时中吸潮最快。因而,要严格控制焊条在空气中的暴露时间。在施工中,焊条从烘箱中取出后必须放置在焊工随身携带的焊条保温筒中,最好在2小时内用完。剩余的焊条要送回烤箱重新烘烤,但烘拷次数对于每根焊条不得超过两次。
由于这种材质的钢淬硬倾向大,焊后冷却中容易产生很脆的马氏体组织,在焊接应力的作用下引起开裂。
(2)采用如下的焊接工艺,可以减少氢致裂纹倾向。
1.焊前清理坡口和焊道两侧的水汽、油脂和铁锈。因为这些物质在电弧的高温作用下都会产生氢气。如果处理后超过24小时还没有进行
焊接,则焊接前还要再次清理。
2.预热、层间温度和后热,这三项措施是防止冷裂纹最常见而有效的措施,它的作用是:可以减慢焊后的冷却速度,避免淬硬马氏体组
织的形成,并且有利于氢的逸出,还可以提高钢材的塑性,减少焊
接应力。
(1)预热、预热温度200~300℃,范围为焊缝两侧不小于70mm。
采用氧—乙炔气焊加热,用测温笔(200~300℃)测温检测。预热是减慢焊缝金属和焊接热影响区的冷却速度最有效的措施,可降低焊接部分的残余应力,降低焊接接头的硬度,使氢易于从焊接处扩散逸出,减少含氢量,有利于更好的降低再热烈纹的敏感性,并防止延迟裂纹的产生。